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PROGRAMME TRAITÉ EN COURS DE
TOPOLOGIE GÉNÉRALE
Toutes les informations sur le cours de Topologie Générale du semestre d’automne 2012
ainsi que les notes de cours sont accessibles sur le site de la licence de mathématiques :
http://licence-math.univ-lyon1/doku.php
Programme traité lors du cours du 10 septembre
1. Espaces topologiques : Notion d’espace topologique. Voisinages d’un point. Espaces
séparés. Premiers exemples (topologies grossières et discrète). Topologie de la droite nu-
mérique, description des ouverts de la droite. Limite d’une suite dans un espace topologi-
que, fonction continue entre deux espaces topologiques, traduction de ces définitions
dans le cas de
ℝ
.
2. Espaces métriques : Distance. Notion d’espace métrique. Premiers exemples (droite
numérique, espaces numériques).
3. Espaces normés : Norme sur un espace vectoriel réel. Une norme sur un espace vectoriel
induit canoniquement une distance sur toute partie de cet espace vectoriel. Normes eucli-
dienne, du sup et en moyenne d’ordre 1 sur les espaces vectoriels de dimension finie.
Norme uniforme, normes L
1
et L
2
sur l’espace des fonctions réelles continues sur un seg-
ment fermé et borné (démonstration de l’inégalité de Cauchy-Schwarz pour la norme L
2
).
Programme traité lors du cours du 17 septembre
1. Topologie d’un espace métrique : boules ouvertes, topologie associée à un espace mé-
trique. Traduction de la limite d’une suite dans un espace métrique. Traduction de la conti-
nuité en un point d’une fonction entre espaces métriques. Utilisation des suites pour tra-
duire cette continuité. Normes équivalentes. Toutes les normes sont équivalentes sur un
espace de dimension finie. Exemple de normes non équivalentes sur l’espace de toutes les
fonctions réelles continues sur un segment fermé et borné.
2. Parties d’un espace topologique : Parties fermées. Propriétés. Exemples de fermés de
ℝ
. Les boules « fermées » d’un espace métrique sont des fermés. Intérieur, adhérence et
frontière d’une partie, exemples. Parties partout denses. Complémentaire de l’intérieur et
adhérence du complémentaire. Caractérisation des points de l’adhérence d’une partie.

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Programme traité lors du cours du 24 septembre
Parties d’un espace topologique (fin) : Caractérisation des points de l’adhérence d’une par-
tie. Cas des espaces métriques. Parties partout denses. Cas des espaces métriques. Exem-
ples. Espaces séparables, exemples.
Continuité : Une fonction est continue si et seulement si l’image réciproque de tout ouvert
est ouverte. Une application linéaire entre deux espaces normés est continue si et seule-
ment si elle est lipschitzienne. Comparaison des topologies sur un ensemble. Utilisation
des suites pour comparer deux topologies dans un espace métrique.
Distances équivalentes : Équivalence de deux distances. Deux distances quasi isométriques
sont équivalentes. Les distance d et δ=d/1+d sont équivalentes, mais pas toujours quasi
isométriques. Sur un espace de dimension finie, toutes les normes sont équivalentes (j’ai
admis l’existence d’un minimum pour une fonction continue sur un fermé borné).
Programme traité lors du cours du 1 octobre
Homéomorphismes : Définition. Espaces topologiques homéomorphes. Exemples et
contre-exemples. Une fonction continue et bijective n’a pas nécessairement une récipro-
que continue.
Topologie induite : Définition. Caractérisation des voisinages d’un point dans la topologie
induite. Condition pour qu’une partie fermée pour la topologie induite soit fermée dans
l’espace entier.
Produits d’espaces topologiques : Topologie sur un produit de deux espaces topologiques.
Continuité des fonctions à valeurs dans un espace produit. Limite d’une fonction en un
point. Limite d’une fonction à valeurs dans un espace topologique. Topologie sur un pro-
duit infini d’espaces topologiques. Continuité des fonctions à valeurs dans un produit infi-
ni. Exemple d’espace topologique non métrisable.
Programme traité lors du cours du 8 octobre
Métrisabilité (fin) : Démonstration du fait que la topologie produit sur
ℝ
ℝ
n’est pas métri-
sable.
Espaces métriques complets : Suites de Cauchy, exemples et contre exemples. Espaces
complets, espaces de Banach, espaces de Hilbert. La droite numérique est un espace com-
plet. Les espaces normés de dimension finie sont complets. Exemples d’espaces non com-
plets. Parties fermées dans les espaces complets, parties complètes dans un espace métri-
que.

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Programme traité lors du cours du 15 octobre
Espaces métriques complets (suite) : Produits d’espaces complets. Séries dans les espaces
de Banach. Exemples d’espaces de Banach : espace des fonctions bornées sur un ensemble
et à valeurs dans un espace de Banach (avec la norme uniforme), espace des suites bor-
nées de réels, espace des fonctions continues sur un segment fermé borné, à valeurs dans
un espace de Banach (avec la norme uniforme). Norme d’une application linéaire continue.
Propriétés de la norme. Espace des applications linéaires continues d’un espace normé E
dans un espace normé F. Cet espace est complet lorsque F est un espace de Banach. Algè-
bre de Banach des endomorphismes continus d’un espace de Banach. L’ensemble des élé-
ments inversibles est ouvert, et le passage d’un endomorphisme inversible T à son inverse
est une opération continue.
Programme traité lors du cours du 22 octobre
Espaces métriques complets (suite) : Théorème du point fixe. Résolution du problème de
Cauchy pour une équation différentielle ordinaire. Existence et unicité de la solution d’une
équation différentielle linéaire du second ordre à coefficients continus dont la valeur ainsi
que la valeur de la dérivée en un point sont données.
Bases orthonormales dans un espace de Hilbert. L’espace l
2
des suites réelles de carré som-
mable est un espace de Hilbert séparable muni d’une base orthonormale canonique. Tout
espace de Hilbert séparable de dimension infinie est isomorphe à l
2
: a) projection sur un
sous-espace fermé ; b) existence d’une suite croissante de sous-espaces de dimensions
finies dont la réunion est partout dense (à suivre).
Programme traité lors du cours du 14 novembre
Espaces de Hilbert (fin) : Caractérisation de la projection sur un sous-espace fermé. Pro-
priétés de cette projection. Décomposition d’un vecteur dans une base orthonormale. Pro-
cédé d’orthonormalisation de Schmidt. Tout espace de Hilbert séparable de dimension
infinie est isomorphe à l
2
(N). Application à la décomposition des fonctions de
2
L ([
π,π])
−
−−
−
dans la base des sinnx et cosnx. Théorème de l’énergie.
Espaces compacts : Définition d’un espace compact. Exemples d’espaces non compacts. Un
espace métrique compact est borné.

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Programme traité lors du cours du 22 novembre
Espaces compacts (suite) : Un segment fermé et borné de R est compact. Les parties fer-
mées d’un espace compact sont compactes, toute partie compacte d’un espace topologi-
que est fermée. Un produit d’espaces compacts est compact. Théorème de Borel-
Lebesgue. L’image continue d’un compact est compacte. Toute fonction réelle continue sur
un compact est bornée et atteint ses bornes. Un espace métrique est compact si et seule-
ment si on peut extraire de toute suite une sous-suite convergente. Nombre de Lebesgue
d’un recouvrement. Tout espace métrique compact est complet.
Programme traité lors du cours du 26 novembre
Espaces compacts (fin) : Un espace métrique est compact si et seulement s’il est complet
et précompact. Une partie d’un espace complet est relativement compacte si et seulement
si, pour tout r>0, elle peut être recouverte par un nombre fini de boules de rayon r.
La boule unité de C([0,1],R) pour la norme uniforme n’est pas compacte. Les compacts de
C([0,1],R) sont d’intérieur vide. Partie équicontinue de C(X,R
n
), où X est un espace métri-
que compact. Théorème d’Ascoli. Exemple de partie compacte de C(X,R
n
).
Programme traité lors du cours du 17 décembre
Espaces connexes : Définition d’un espace connexe. Théorèmes de stabilité : l’image conti-
nue d’un connexe est connexe, l’adhérence d’une partie connexe est connexe, une réunion
de parties connexes qui s’intersectent deux à deux est connexe, le produit de deux
connexes est connexe. Les connexes de R sont les intervalles. Théorème des valeurs inter-
médiaires. Espace connexes par arcs, exemples. Un espace connexe par arcs est connexe.
Pour un ouvert d’un espace normé de dimension finie, la connexité équivaut à la connexité
par arcs (et en fait à la connexité par lignes polygonales). Une fonction différentiable de
différentielle nulle sur un ouvert connexe de R
n
est constante.
FIN DU COURS DE CE SEMESTRE